第十一章直流传动控制系统

直流传动控制系统简述直流传动控制系统的学习要求在了解机电传动自动调速系统的组成、生产机械对调速系统提出的调速技术指标要求以及调速系统的调速性质与生产机械的负载特性合理匹配的重要性之基础上，重点掌握自动调速系统中各个基本环节，各种反馈环节的作用及特点，掌握各种常用的自动调速系统的调速远离、特点及适用场合，以便根据生产机械的特点和要求来正确选择和使用机电传动控制系统。

一、 机电传动控制系统的组成和分类直流传动控制系统——以直流电动机为动力交流传动控制系统——以交流电动机为动力（一）、机电传动控制系统的组成组成：由电机、电器、电子部件组合而成。

①、 开环控制系统（单向控制）如下图11.1所示的G-M 系统。

开环控制系统往往不能满足高要求的生产机械的需要。

注：输入量—控制量，输出量—被控制量。

1.主要参数1)转速降(与无关) N t e da fa N T K K R R n 2Φ+=∆0n2)调速范围 （前提：生产机械对转速变化率的要求）3)静差度（或稳定度、转速变化率）4)关系： （） ①由电机铭牌而定，，D 由生产机械要求而定。

②一定，不同的静差度就有不同的D ，故在说明系统达到D 时，同时说明所允许的最小S 。

③一定，，机械特性硬度。

2.提高机械特性硬度的方法——使电动机转速不变。

负载↑，n↓1)在电动机轴上安装一台测速发电机BR ，输出电势。

2)偏差电压（给定电压） ↑↑↑↑∆↓↓↑n E I U U E n T G g BR 励磁不变 （负反馈控制）minmax /n n D =000nn n n n S N N ∆=-=)1(22max S n S n D N -∆=Nn n n ∆-=02min max n S S ≤2N n ∆2S ↓∆↑N n D ,↑n K E BR BR =g U U =∆BRE -3)加一个放大器，，n 不变（负载变动）。

注：a ）稍变化，更大变化。

b ），维持。

机电传动控制教案学院、系：机械电子工程学院机电系任课教师：任有志授课专业：机械设计制造及其自动化课程学分：课程总学时：60学时课程周学时：2019年2月20日机电传动控制教学进程第 1 次课 2 学时第一章概述§1.1机电传动的目的和任务1.传动——运动的传递（能量）传动的分类（按机械动能传递方法）（1）机械传动 a.齿轮b.杠杆如：自行车驱动力、链传动c.皮带d.机构等刹车、连杆机构传递力或力矩（机械能）（2〕流体传动 a.液压与气动（压力能）b.液力传动（流体动能）（3）机电传动(电力拖动)（4）另外还有其它的传动方式。

注：有时，在一个生产机械中由几种传动形式联合工作。

2.机电传动－（本课程研究的内容）以电动机为原动机驱动生产机械的传动系统服务对象：各种生产机械它是一种由电能转变成机械能的传动系统，所以有时也称为电力传动或电力拖动3. 机电传动控制目前：由于生产技术的不断发展，生产机械的自动化程度和生产精度不断提高，所以要求机电传动系统不仅完成能量转换的工作还要对传动过程进行控制。

本课程所研究的就是这二部分内容。

传动及控制所以课程名称叫《机电传动控制》4. 机电传动控制的任务举例：天车的吊起、制动机床切削过程电梯平稳升降及定位轧机的换向等§1.2机电传动发展概况简单的可以分为：a.成组拖动（传动）b.单电机拖动c.多电机拖动三个阶段从控制系统的功率器件上分类：a.接触器和继电器时代b.电机放大机及磁放大机时代c.可控硅（晶闸管）另外，由于计算机技术的发展，又出现了a.模拟控制b.数字控制（数控机床）§1.3 内容安排1.《机械电子》专业是一个以机为主机电结合的专业,课程设置（具了解）基本上是这样的《电路基础》电学基础《模拟电子》电子技术（弱电）《数字电子》计算机技术《机电传动控制》包括了所有应掌握的强电内容用以上四门课程取代了机械专业的《电工学》课程。

2.本门课包括以下几个方面：（1）电机原理及特性: 交、直、特殊、三～七章（2）电器及控制：接触器，继电器;保护及控制器八章（3）可编程序控制器：（PC）原理及应用九章（4）可控硅原理及应用: 晶闸管十章（5）调速系统: 交流、直流,电力拖动十一、十二章（6）步进电机调速系统: 自动化十三章3.课程特点综合性比较强（面宽）实践性比较强与生产实践联系较强（教学实验）4.教学实验计划开五个：5.学时安排：由于作者建议用90学时讲授，实际他用大约70学时我们目前安排了60个学时。

第十一章11.1何谓开循环控制系统？何谓闭循环系统？两者各有什么优缺点？系统只有控制量(输出量)的单向控制作用,而不存在被控制量的影响和联系,这称之为开环控制系统.优点是结构简单能满足一般的生产需要.缺点是不能满足高要求的生产机械的需要.负反馈控制系统是按偏差控制原理建立的控制系统,其特点是输入量与输出量之间既有正向的控制作用,又有反向的反馈控制作用,形成一个闭环控制系统或反馈控制系统.缺点是结构复杂,优点可以实现高要求的生产机械的需要.11.2什么叫调速范围、静差度？它们之间有什么关系？怎样才能扩大调速范围。

电动机所能达到的调速范围,使电动机在额定负载下所许可的最高转速何在保证生产机械对转速变化率的要求前提下所能达到的最低转速之比(D).转速变化率即调速系统的静差度电动机有理想空载到额定负载时转速降与理想空载转速的比值(S) 两者之间的关系时D=nmax S2/ΔnN(1-S2),在保证一定静差度的前提下,扩大系统调速范围的方法是提高电动机的机械特性的硬度以减小ΔnN11.3生产机械对调速系统提出的静态、动态技术的指标有哪些？为什么要提出这些技术指标？生产机械对调速系统提出的静态技术的指标有静差度,调速范围,调速的平滑性.动态技术指标有最大超调量,过渡过程时间,振荡次数.因为机电传动控制系统调速方案的选择,主要是根据生产机械对调速系统提出的调速指标来决定的.11.4为什么电动机的调速性质应与生产机械的负载特性想适应？两者如何配合才能算适应。

电动机在调速过程中,在不同的转速下运行时,实际输出转矩和输出功率能否达到且不超过其润许长期输出的最大转矩和最大功率,并不决定于电动机本身,而是决定于生产机械在调速过程中负载转矩及负载功率的大小和变化规律,所以,为了使电动机的负载能力得到最充分的利用,在选择调速方案时,必须注意电动机的调速性质与生产机械的负载特性要适合.负载为恒转矩型的生产机械应近可能选择恒转矩性质的调速方法,且电动机的额定转矩应等于或略大于负载转矩,负载为转矩恒功率型的生产机械应尽可能选用恒功率性质的调速方法,且电动机的额定功率应等于或略大于生产机械的负载转矩.11.5有一直流调速系统，其高速时理想的空载转速n01=1480r/min,低速时的理想空载转速n 02=157/min,额定负载时的转矩降ΔnN=10 r/min,试画出该系统的静特性.求调速范围和静差度。

第一章概述了解机电传动控制系统的发展概况。

第二章机电传动系统的动力学基础【重点内容】运动方程式及其含义；多轴拖动系统中转矩折算；机电传动系统稳定运行的条件;分析系统的稳定平衡点.【难点】机电传动系统稳定运行的条件；分析系统的稳定平衡点.第三章直流电机的工作原理及特性【重点内容】直流电动机的机械特性；启动,调速,制动的各种方法；启动，调速,制动的各种方法的优缺点和应用场所。

【难点】启动，调速,制动的各种方法。

第四章机电传动系统的过渡过程【基本内容】在了解过渡过程产生的原因和研究过渡过程的实际意义的基础上,掌握机电传动系统在启动，制动过程中转速，转矩和电流的变化规律，掌握机电时间常数的物理意义以及缩短过渡过程的途径.【重点内容】掌握机电时间常数的物理意义以及缩短过渡过程的途径.第五章交流电动机的工作原理及特性【重点内容】1.异步电动机的工作原理，基本结构，旋转磁场的产生;2。

异步电动机的机械特性;3.异步电动机的启动，调速和制动的方法（与直流电动机进行比较）；4。

学会用机械特性的四个象限来分析异步电动机的运行状态;5。

掌握单相异步电动机的启动方法和工作原理;6。

了解同步电动机的结构特点，工作原理,运行特性及启动方法;7。

掌握各种异步电动机和同步电动机的使用场所.【难点】异步电动机的旋转磁场的产生；分析异步电动机的运行状态;异步电动机的启动,调速和制动的方法.第六章控制电机了解机电传动控制系统中一些常用的控制电机种类，名称，结构等。

【重点内容】掌握各种控制电机的基本工作原理,主要运行特性及特点.第七章机电传动控制系统中电动机的选择【一般要求】在了解电动机的发热与冷却规律的基础上,重点掌握电动机容量的选择,并熟悉电动机的种类,电压,转速和结构型式的选择原则.【重点内容】重点掌握电动机容量的选择原则及方法，可以通过统计法或类比法进行选择.第八章继电器—接触器控制系统【一般要求】在熟悉各种控制电器的工作原理，作用,特点表示符号和应用场所的基础上,着重掌握继电器—接触器控制线路中基本控制环节的构成和工作原理，学会分析较复杂的控制线路,并通过训练学会设计一些较简单控制线路.【重点内容】结合书中内容及附录1，附录2，掌握各电器符号及标准;掌握基本线路的分析设计,提高改错能力；掌握机床启动,正反转,制动，保护等主电路及控制线路的设计.第九章可编程序控制器【一般要求】在了解可编程序控制器的基本组成，工作原理，特点和用途的基础上，重点掌握F 系列中小型可编程序控制器的指令系统和编程方法以及应用实例。

直流电机控制原理图
直流电机是一种常见的电动机，它通过直流电源驱动，能够将
电能转换为机械能，广泛应用于工业生产、交通运输、家用电器等
领域。

直流电机的控制原理图是直流电机控制系统的重要组成部分，它能够帮助我们了解直流电机的工作原理和控制方式，本文将介绍
直流电机控制原理图的相关知识。

首先，直流电机控制原理图包括直流电机、电源、控制器等组件。

直流电机通常由定子、转子、碳刷、电枢等部分组成，电源为
直流电源，控制器则是用来控制电机运行的设备。

在直流电机控制
原理图中，这些组件通过电气连线连接在一起，形成一个完整的控
制系统。

在直流电机控制原理图中，电源为直流电源，它可以是电池、
直流发电机、直流稳压电源等。

电源的电压和电流大小将直接影响
到直流电机的运行性能，因此在设计直流电机控制系统时，需要根
据实际需要选择合适的电源。

控制器是直流电机控制系统中的关键部件，它可以根据外部输
入信号控制电机的启停、正反转、速度调节等功能。

常见的直流电
机控制器有直流调速器、直流电机驱动器、直流电机控制板等，它们可以根据具体的控制要求选择使用。

在直流电机控制原理图中，还会包括一些辅助元件，如限流电阻、过载保护器、电流传感器等。

这些辅助元件能够提高电机控制系统的稳定性和安全性，保护电机免受过载、短路等异常情况的影响。

总的来说，直流电机控制原理图是直流电机控制系统的重要组成部分，它通过电气连线将直流电机、电源、控制器等组件连接在一起，形成一个完整的控制系统。

掌握直流电机控制原理图的相关知识，能够帮助我们更好地理解直流电机的工作原理和控制方式，为实际应用提供参考和指导。

第十一章直流传动控制系统11.1 知识要点11.1.1 基本内容1．在自动调速系统中，扩大调速范围D的基本方法机电传动控制系统是由电机、电器、电子部件等基础环节组合而成，能控制生产机械实现调速的控制系统，亦称自动调速系统。

在调速系统中，电动机所能达到的调速范围D=n max/n min，其中n max是电动机在额定负载下所允许的最高转速，而n min是在保证生产机械对转速变化率S [ 即静差度S2= Δn N /n0min= Δn N/n02=(n02－n min)/n02 ] 的要求这一前提下所能达到的最低转速，也就是说，调速系统的S2要小于或等于生产机械要求的S生（S2≤S生），才能谈及调速范围。

根据D=n max ·S2/Δn N(1－S2)可知，在n max与S2一定时，设法减少转速降Δn N就可扩大调速范围D，闭环控制系统(亦称反馈控制系统)能起到这个作用。

2．机电传动控制系统调速方案的选择生产机械对调速系统所提出的调速技术指标包括静态的和动态的，静态技术指标主要有静差度S，调速范围D和调速的平滑性等；动态技术指标主要有最大超调量M P，过渡过程时间T和振荡次数等。

各种生产机械对于上述指标的要求不尽相同，因此，必须根据生产机械的特点和工厂的实际情况来合理地选择自动调速系统。

值得特别注意的是，生产机械在调速过程中一般有恒转矩型和恒功率型两类负载特性，而电动机的调速也有恒转矩性质和恒功率性质两类，一般负载为恒转矩的生产机械应尽可能选用恒转矩性质的调速方式，负载为恒功率型的生产机械应尽可能选用恒功率性质的调速方式，否则，电动机将得不到最充分的利用或将严重过载。

3．单闭环有静差调速系统晶闸管一电动机直流调速系统是目前应用得最为广泛的控制系统。

常用的有单闭环、双闭环和可逆系统。

单闭环调速系统常分有静差调速系统和无静差调速系统。

单闭环有静差调速系统中采用比例调节器。

该系统具有以下性质：①在相同的负载电流下，闭环系统的静态转速降仅为开环系统转速降的1／(1＋K)倍(K是闭环系统的开环放大倍数)。

∙棒线、高线传动∙产品详述轧钢生产线直流电机传动控制系统技术方案1. 概述本工程项目生产线为一条轧钢生产线，根据贵方要求，就轧钢生产I、II线上的6台交流绕线式电动机改用直流电动机拖动及电气自动化控制系统提供技术方案和初步报价。

1.1 设备配置原则：电气自动化系统是紧密配合生产工艺的。

电气自动化设备的配置与选型，在满足工艺控制要求的前提下，充分考虑系统的先进性、可靠性，综合考虑设备的性价比，提出能最大限度地减少投资的方案。

整个控制系统的水平，一方面要达到目前国内主流的先进水平，代表将来的发展方向。

另一方面要能够安全、稳定、可靠地运行。

做到低维护率、低事故率、低消耗率。

1.2 直流传动设备选型：由于SIEMENS公司直流调速装置以其优异的性能、可靠的质量在国内冶金行业得到了广泛应用，因此直流调速装置我们选用SIEMENS公司6RA70系列产品，而功率单元则可采用由进口生产线生产的国产可控硅元件，以节省资金。

两者结合确保了整个装置具有很高的性价比。

在每台6RA70数字调节装置内配PROFIBUS-DP 通讯板（CBP2），作为与PLC的通讯。

传动系统功率容量方面，整流回路的功率部分按电动机额定电流1.1倍长期、1.5倍短时过载运行，确保设备运行的可靠性。

1.3 6RA70直流传动装置的特点及性能：1.3.1具有很高的轧机调速可靠性：SIMOREG 6RA70系列整流装置为三相交流电源直接供电的全数字控制装置系列整流装置为三相交流电源直接供电的全数字控制装置，其传动系统调速优越性有：系统调节精度0.01%静态速降0.5%动态速降 2.5%恢复时间250ms1.3.2接口能力强：装置本身带有参数设定单元，不需要其它的任何附加设备即可完成参数的设定。

所有的控制、调节、监视及附加功能都由微处理器来实现；可选择给定值和反馈值为数字量或模拟量，外部信号的连接(开关量输入/输出，模拟量输入/输出，脉冲编码器等)通过插接端子排实现，具有测速机及脉冲编码器两种测速反馈，具有单独上网能力。

第十一章直流传动控制系统11.1、何谓开环控制系统？何谓闭环系统？两者各具有什么优缺点？答：系统只有控制量(输入量)对被控制量(输出量)的单向控制作用，而不存在被控制量的影响和联系，这样的控制系统称为开环控制系统。

优点是结构简单能满足一般的生产需要；缺点是不能满足高要求的生产机械的需要。

负反馈控制系统是按偏差控制原理建立的控制系统，其特点是输入量与输出量之间既有正向的控制作用，又有反向的反馈控制作用，形成一个闭环，故又称为闭环控制系统或反馈控制系统。

优点是可以实现高要求的生产机械的需要，缺点是结构复杂。

11.2、什么叫调速范围、静差度？它们之间有什么关系？怎样才能扩大调速范围。

答：电动机所能达到的调速范围，是电动机在额定负载下所许可的最高转速nmax和在保证生产机械对转速变化率的要求前提下所能达到的最低转速nmin之比，以D表示。

所谓转速变化率亦即调速系统的静差度（或稳定度），就是电动机由理想空载到额定负载时的转速降ΔnN与理想空载转速n0的比值，以S表示。

两者之间的关系是：D=nmaxS2/[ΔnN(1-S2)]。

在保证一定静差度的前提下，扩大系统调速范围的方法是提高电动机的机械特性的硬度以减小ΔnN。

11.3、生产机械对调速系统提出的静态、动态技术指标主要有哪些？为什么要提出这些技术指标？答：生产机械对调速系统提出的静态技术的指标有静差度、调速范围、调速的平滑性。

动态技术指标有最大超调量、过渡过程时间、振荡次数。

提出这些技术指标的原因是因为机电传动控制系统调速方案的选择，主要是根据生产机械对调速系统提出的调速技术指标来决定的。

11.4、为什么电动机的调速性质应与生产机械的负载特性相适应？两者如何配合才能算相适应。

答：电动机在调速过程中，在不同的转速下运行时，实际输出转矩和输出功率能否达到且不超过其允许长期输出的最大转矩和最大功率，并不决定于电动机本身，而取决于生产机械在调速过程中负载转矩TL及负载功率PL的大小和变化规律。